DE69328984T2

DE69328984T2 - Festkörperbildaufnahmeanordnung und Herstellungsprozess

Info

Publication number: DE69328984T2
Application number: DE69328984T
Authority: DE
Inventors: Wataru Kamisaka; Yuji Matsuda; Hiroyuki Okada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: US5432363A; DE69328984D1; JP2853785B2; JPH05206437A; EP0555020A1; EP0555020B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung, die weitverbreitet in einer Videokamera und Ähnlichem verwendet wird.

2. BESCHREIBUNG DES BETREFFENDEN STANDES DER TECHNIK

Die Festkörperbildaufnahmeeinrichtung wird in letzter Zeit weitverbreitet in Videokameras und Ähnlichem verwendet. Wenn der Körper der Videokamera eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht erhält, wird von der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung verlang, daß sie eine höhere Auflösung und bessere Leistung als bisher hat. Insbesondere ist in dem Fall eines Bildzeilenübertragungssystems, das in professionellen Kameras verwendet wird, verlangt worden, daß das Auftreten von Unschärferauschen verringert wird. Es ist schwierig gewesen, alle diese Anforderungen lediglich durch die Erweiterung des Standes der Technik zu erfüllen.
Eine herkömmliche Festkörperbildaufnahmeeinrichtung ist unten unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
In Fig. 11 sind in dem n Halbleitersubstrat 1 die p Wanne 2 und der n Diffusionsschichtbereich 3 gebildet, der ein photoelektrischer Wandlerteil wird. Wenn Licht in den n Diffusionsschichtbereich 3 eintritt, wird ein Paar aus einem Elektron und einem Loch erzeugt. Die Elektronen häufen sich in dem n Diffusionsschichtbereich 3 an. Wenn aber nun sehr starkes Licht eintritt laufen Elektronen aus dem n Diffusionsschichtbereich 3 über. Solche überschüssigen Elektronen fließen in das n Halbleitersubstrat 1, an dem eine positive Spannung anliegt. Ein solcher Aufbau wird eine vertikale Überlauf-Drainstruktur genannt. Das vertikale Schieberegister zur Übertragung von Signalladungen, der n Diffusionsschichtbereich 4 (nachfolgend vertikaler CCD Registerteil genannt), bildet eine Transistorstruktur mit vergrabenem Kanal. Indem der p Diffusionsschichtbereich 5, an dessen Peripherie gebildet wird, wird das Eindringen von Elektronen aus dem photoelektrischen Wandlerteil der p Wanne 2 verhindert. Der p&spplus; Diffusionsschichtbereich 6 kann den Schwellenwert zur Elektronenübertragung von dem photoelektrischen Wandlerteil zu dem vertikalen CCD Registerteil steuern. Der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereich 7 trennt die Verbindung zwischen benachbarten Pixeln. Beim tatsächlichen Betrieb wird z. B. eine hohe Spannung von 10 V an die Polysiliciumelektrode 9 gelegt, und Elektronen, die sich während der photoelektrischen Wandlung anhäufen, werden zu dem vertikalen CCD Registerteil übertragen. Infolgedessen können, indem Spannungen von 0 V und -10 V abwechselnd an die Polysilicium Elektrode 9 angelegt werden, die Signalladungen in dem vertikalen CCD Registerteil der Reihe nach übertragen werden.
Die Polysiliciumelektrode 9 ist elektrisch durch den Polysiliciumoxidfilm 10 isoliert. In ihrem oberen Teil wird ferner der dielektrische Zwischenfilm 11 als CVD (chemische Dampfabscheidung) Film oder Ähnliches zur Isolation gegenüber der Aluminiumverdrahtung gebildet. In dem Fall einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung dient die Aluminiumverdrahtung auch als Lichtabschirmfilm. Der Aluminiumfilm 12 befindet sich in dem oberen Teil des vertikalen CCD Registerteils (Polysiliciumelektrode 9) und verhindert, daß Licht in den vertikalen CCD Registerteil eintritt. Somit wird bei der herkömmlichen Festkörperbildaufnahmeeinrichtung der Eintritt von Elektronen aus dem Inneren des Substrats verhindert, indem der p Diffusionsschichtbereich 5 um den vergrabenen Kanal des vertikalen CCD Registerteils herum gebildet wird. Übrigens wird durch die Bildung des Aluminiumfilms 12 in dem oberen Teil der Polysiliciumelektrode 9 übermäßiges Licht daran gehindert, einzutreten, wodurch das Auftreten von Unschärferauschen unterdrückt wird.
Andererseits wird das Kontaktfenster 14 in einem Teil des Polysiliciumoxidfilms 10 und des Isolationszwischenfilms 11 gebildet. Jede Polysiliciumelektrode 9 ist mit der Aluminiumverdrahtung überzogen. Als Ergebnis wird die Ansteuergeschwindigkeit der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung verstärkt. Der bei der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung verwendete Impuls wird von beiden Enden der Polysiliciumelektrode 9 in dem photo elektrischen Wandlerteil angelegt. Entsprechend ist es wahrscheinlich, daß sich die Signalform des Signalimpulses in der Mitte des photoelektrischen Wandlerteils verformt. Daher wird der Übertragungswirkungsgrad der Signalladung in diesem Bereich verringert. Es wurde deshalb berichtet, daß der Übertragungswirkungsgrad der Signalladung nicht verringert wird, wenn die Signalform der Ansteuerimpulse verbessert wird, die an die Mitte des photoelektrischen Wandlerteils angelegt werden. Deshalb kann durch einen Überzug aus Aluminiumverdrahtung die Verformung der Ansteuerimpulswellenform, die durch den Widerstand oder die parasitäre Kapazität der Polysiliciumelektrode 9 hervorgerufen wird, unterdrückt werden, und dieses war dahingehend wirksam, daß der Übertragungswirkungsgrad verbessert werden konnte.
Bei einer solchen herkömmlichen Ausbildung berührt jedoch in dem unteren Teil des Kontaktfensters 14 der Polysiliciumelektrode 9 und der Aluminiumverdrahtung der Aluminiumfilm, der eine hohe Arbeitsfunktion aufweist, das Polysilicium, das eine niedrige Arbeitsfunktion aufweist, so daß eine eutektischen Mischung gebildet wird. Dabei wird die Polysiliciumelektrode 9 der Wirkung einer hohen Arbeitsfunktion des Aluminiumfilms ausgesetzt und ihre Arbeitsfunktion wird in ihrem Kontaktfenster 14 hoch. In der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung wird hier der vertikale CCD Registerteil der vergrabenen Kanalstruktur verwendet. Daher ändert sich, wenn sich der Wert der Arbeitsfunktion der Polysiliciumelektrode 9 ändert, die Potentialtiefe des vergrabenen Kanals selbst. Das heißt, wenn eine eutektischen Mischung aus der Polysiliciumelektrode 9 und einer Aluminiumverdrahtung gebildet wird, wird die Potentialtiefe des vergrabenen Kanals flacher, der unterhalb des Kontaktfensters 14 gebildet ist. Als Ergebnis kann sich der Übertragungswirkungsgrad der Signalladung verschlechtern, oder der maximale Signalladungswert, der übertragen werden kann, kann abnehmen. Insbesondere ist es schwierig, wenn im Umfeld schwache Beleuchtung verwendet wird, die Bilder der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung zu erkennen.
Ohne Überzug mit dem Aluminiumfilm wurde auch überlegt, mit höherer Geschwindigkeit zu übertragen, indem der Dotierungswert des Phosphors in der Polysiliciumelektrode 9 erhöht wird, um den Widerstand zu verringern. Jedoch wird, wenn versucht wird, den Polysiliciumoxidfilm 10 durch Oxidation der Polysiliciumelektrode 9 zu bilden, die einen geringen Widerstand aufweist, die Oxidation der Polysiliciumelektrode 9 mit gerin gem Widerstand beschleunigt, wodurch sich eine größere Filmdicke des Polysiliciumoxidfilms 10 ergibt. Insbesondere wird im Diffusionsschritt die Dicke des Polysiliciumoxidfilms 10 groß, der der Oxidfilm eines zweiten Gates der Polysiliciumelektrode 9 der ersten Schicht wird. Daher wird der Abstand zwischen der Polysiliciumelektrode 9 der ersten Schicht und der Polysiliciumelektrode 9 der zweiten Schicht erweitert. Wenn der Abstand vergrößert wird, kann das elektrische Streufeld kaum in dem CCD Registerteil, der aus der Polysiliciumelektrode 9 der ersten Schicht gebildet wird, bis nach unten zu der Polysiliciumelektrode 9 der zweiten Schicht wirkt. Dies führt demgemäß zu einer Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrads zwischen dem CCD Registerteil, der unterhalb der Polysiliciumelektrode 9 der ersten Schicht gebildet ist, und dem CCD Registerteil, der unterhalb der Polysiliciumelektrode 9 der zweiten Schicht gebildet ist.
Andererseits wird, wenn, um eine Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrads zu vermeiden, versucht wird, die Filmdicke des Polysiliciumoxidfilms 10 der ersten Schicht zu verringern, die ein zweiter Gateoxidfilm wird, indem der Polysiliciumfilm oxidiert wird, der eine höhere Phosphordotierungsdosis als beim obenerwähnten Stand der Technik aufweist, die Oxidation beschleunigt. Die Kristallinität des durch die beschleunigte Oxidation gebildeten Oxidfilms ist grob und die Filmqualität ist schlecht. Entsprechend hat ein solcher Polysiliciumoxidfilm 10 eine um 20 bis 30% niedrigere dielektrische Durchbruchsspannung verglichen mit dem Film, der ohne beschleunigte Oxidation gebildet wird. Deshalb wird, wenn versucht wird, den ohne beschleunigte Oxidation gebildeten Film zu verwenden, der eine Filmdicke ähnlich derjenigen des herkömmlichen Polysiliciumoxidfilms 10 aufweist, die dielektrische Durchbruchsspannung um ungefähr 20 bis 30 verschlechtert, und die Zuverlässigkeit der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung wird verringert. Daher stehen, wenn es erwünscht ist, die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem der Widerstand des Polysiliciumfilms verringert wird, die Übertragungswirkungsgradeigenschaft und die dielektrische Durchbruchsspannungseigenschaft in gegenseitiger Widersprungsbeziehung. Mit anderen Worten ist es unmöglich, diese zwei Eigenschaften gleichzeitig zu erfüllen.
Auch werden, da die Festkörperbildaufnahmeeinrichtung mehr und mehr verkleinert wird, die Größe des Kontaktfensters 14, das in der Polysiliciumelektrode 9 gebildet wird, und die Aluminiumverdrahtung kleiner. Demgemäß ist, wenn der Aluminiumfilm in dem Kontaktfenster 14 durch ein Zerstäubungsverfahren abgeschieden wird, die Stufenüberdeckung für den Aluminiumfilm nicht günstigt. Als Ergebnis tritt ein Bereich mit einer geringen Filmdicke der Aluminiumverdrahtung in dem Stufenabschnitt des Kontaktfensters 14 auf. In einem solchen Bereich der Aluminiumverdrahtung geht das Licht hindurch, und die Wirkung als Lichtabschirmungsfilm nimmt ab. Somit verschlechtert sich die Lichtabschirmwirkung der Aluminiumverdrahtung und Licht gelangt in die Polysiliciumelektrode 9 unterhalb des Kontaktfensters 14 und in den darunter begrabenen Kanal, so daß die Unschärferauscheigenschaft verschlechtert wird.
Die Erfindung soll die obigen Probleme lösen, und es ist eine Zielsetzung von ihr, eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung anzugeben, die einen höheren Übertragungswirkungsgrad und ausgezeichnete Unschärferauscheigenschaften selbst bei geringer Beleuchtung zeigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung geschaffen, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
Ferner wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung geschaffen, wie es im Anspruch 10 definiert ist. Da entsprechend der hier beschriebenen Ausbildung die Polysiliciumelektrode der Ansteuerelektrode mit widerstandsarmen Verdrahtungsmaterialien aus zwei Schichten oder mehr zusammengesetzt ist, z. B. aus Polysiliciumfilm und hochschmelzendem Metall oder einem feuerfesten Metallsilicid, kann der Widerstand der Polysiliciumelektrode unberücksichtigt gelassen wird, und die Festkörperbildaufnahmeeinrichtung kann bei hoher Geschwindigkeit arbeiten.
Übrigens ist, da das Verdrahtungsmaterial, das aus zwei oder mehr Überzugsschichten zusammengesetzt ist, als untere Schicht einen Polysiliciumfilm aufweist, sein Material das gleiche wie die Polysiliciumelektrode des Basismaterials. Deshalb wird selbst nach dem Überziehen die Arbeitsfunktion der Polysiliciumelektrode überhaupt nicht geändert, und die Potentialtiefe des vertikalen CCD Registerteils und des angehäuften Teils sind unverändert und die gleichen wie bei den anderen Elektroden. Dies bedeutet, daß insbesondere bei geringer Beleuchtung ein hoher Übertragungswirkungsgrad hergestellt wird. Gleichzeitig können lokale Stellen, die für Lichteintritt anfällig sind, durch die hohe Lichtabschirmungseigenschaft des hochschmelzenden Metalls oder des feuerfesten Metallsilicids ausgeschlossen werden, ebenso wie die ungünstige Stufenüberdeckung in dem Stufenteil des Überzugskontakts. Daher wird ein günstiger Unschärferauschwert geliefert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 ist ein Schema, das die Übertragungsfrequenzeigenschaften einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 9 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 10 ist ein Verfahrensschritt-Schnittschema einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 11 ist ein Schema, das eine Querschnittsstrukturansicht der herkömmlichen Festkörperbildaufnahmeeinrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, und es wird eine Ausführungsform der Erfindung unten ausführlich beschrieben. Fig. 1 ist eine strukturelle Draufsicht zur Erläuterung der Erfindung. Fig. 2 ist eine Strukturschnittansicht entlang A-A' in Fig. 1.
In Fig. 1 sind Polysiliciumelektroden 22 in einer Matrix auf der Oberseite eines Halbleitersubstrats 21 gebildet. Die Polysiliciumelektroden 22 sind mit photoelektrischen Wandlerteilen 23 angeordnet, die in der Querrichtung des Papierblatts verlaufen. Die Polysiliciumelektroden 22 sind elektrisch mit den Polysiliciumelektroden 22 nahe der Seitenrichtung verbunden. Impulsansteuerschaltungen 24, 25 sind an dem rechtesten Ende her und dem linkesten Ende der Polysiliciumelektroden 22 angeordnet. Von der Impulsansteuerschaltung 24 am rechten Ende sind die Polysiliciumelektroden 22 mit Polysiliciumelektrodengruppen verbunden, die in der Querrichtung angeordnet sind und sind schließlich mit der Impulsansteuerschaltung 25 am linken Ende verbunden. Die Bereitstellung der zwei Impulsansteuerschaltungen 24 und 25 soll den Übertragungswirkungsgrad verbessern. Das heißt, wenn Impulse an eine Mehrzahl von Polysiliciumelektroden 22 in der Querrichtung von einer Impulsansteuerschaltung 24 angelegt werden, wird die Impulssignalform nach und nach unscharf, wenn sie sich durch die Polysiliciumelektroden 22 fortpflanzt. Deshalb kann, indem das gleiche Signal von den zwei Ansteuerschaltungen 24, 25 angelegt wird, eine solche unscharfe Verformung der Im pulse aufgrund der Fortpflanzung verhindert werden. Drei Signalpotentiale werden von den Impulsansteuerschaltungen 24, 25 erzeugt, d. h. H (hoch), M (mittel) und L (niedrig).
In der vertikalen Richtung des Papierblatts überlappen sich benachbarte Polysiliciumelektroden 22 und sind in der vertikalen Richtung der Polysiliciumelektroden 22 gebildet. Bei der Herstellung der Polysiliciumelektroden 22 wird eine weitere Polysiliciumelektrode 22 auf dem Teil einer Polysiliciumelektrode 22 durch Selbstausrichtung gebildet. Als Ergebnis werden Überlappungsbereiche in den Polysiliciumelektroden 22 gebildet.
Die Form der Polysiliciumelektroden 22 ist auf einem dielektrischen Film 26 liniensymmetrisch, und die Fläche der oberen Polysiliciumelektroden 22 ist größer als die der unteren. Gerade die Polysiliciumelektroden 22, die in dem oberen Teil des dielektrischen Films 26 gebildet sind, sind für die Übertragung der elektrischen Ladung, die in den photoelektrischen Wandlerteilen 23 erzeugt wird, in den vertikalen CCD Registerteil verantwortlich, der in dem Halbleitersubstrat unterhalb der Polysiliciumelektroden 22 gebildet ist. Entsprechend sind zur Erleichterung der Übertragung der elektrischen Ladung, die in den photoelektrischen Wandlerteilen erzeugt wird, die für die Übertragung verantwortlichen Polysiliciumelektroden 22 näher an den photoelektrischen Wandlerteilen 23 eingerichtet. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Fläche der Polysiliciumelektroden 22 oberhalb und unterhalb des dielektrischen Films 26.
Kontaktfenster 27 sind in den Polysiliciumelektroden 22 gebildet. Die Kontaktfenster 27 sind in der vertikalen Richtung auf dem Papierblatt bei jeder zweiten Gruppe der oberen Polysiliciumelektrode 22 und der unteren Polysiliciumelektrode 22 auf dem dielektrischen Film 26 gebildet. Das heißt, wenn vier Polysiliciumelektroden 22 als eine Gruppe gruppiert werden, ist dies eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung vom Typ mit Vierphasenansteuerung, um ein bestimmtes Potential an sie von den Impulsansteuerschaltungen 24, 25 anzulegen. In diesem Fall sind alle Polysiliciumelektroden 22 in dem Kontaktfenster 27, die eine Fläche bilden, elektrisch auf demselben Potential, und zwei der vier Polysiliciumelektroden 22, die fortlaufend in der vertikalen Richtung gebildet sind, haben stets ein identisches Potential, während an die zwei anderen Polysiliciumelektroden 22 gegenseitig unterschiedliche Potentiale angelegt werden, die auch gegenüber den obigen zwei Potentialen verschieden sind.
In der Querrichtung des Papierblatts sind andererseits die Kontaktfenster 27 als Treppen gebildet. Genauer gesagt sind die Kontaktfenster 27, die in dem rechten Endbereich in dem Schema gebildet sind, in einem unteren Bereich auf dem dielektrischen Film 26 gebildet, während die linksseitigen Kontaktfenster 27 in den benachbarten Polysiliciumelektroden 22 und in einem oberen Bereich über den dielektrischen Film 26 gebildet sind. Auf der linken Seite ist das Kontaktfenster 27 des weiteren in einem unteren Bereich über A in bezug auf die Polysiliciumelektrode 22 am rechten Ende und die Polysiliciumelektrode 22 gebildet, die um eine Position in der vertikalen Richtung auf dem Papierblatt verschoben ist. Desweiteren ist es das nächste linksseitige Kontaktfenster 27 in einem oberen Bereich über den dielektrischen Film 26 in der linksseitigen Polysiliciumelektrode 22 gebildet.
Die als Matrix gebildeten Polysiliciumelektroden 22 sind aus einer Reihe Polysiliciumelektrodengruppen in der vertikalen Richtung des Papierblatts und Polysiliciumfilmen 28 und hochschmelzendem Metall 29 gebildet, damit eine Reihe von Kontaktfenstergruppe überdeckt wird. Die Endbereiche eines solchen Polysiliciumfilms 28 und des hochschmelzenden Metalls 29 sind so gebildet, daß der Oberflächenbereich der photoelektrischen Wandlerteile 23 soweit wie möglich ist.
Nun auf Fig. 2 Bezug nehmend wird der Aufbau der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung ausführlicher unten beschrieben.
Zuerst wird eine p Wanne 32 auf einem Halbleitersubstrat 31 gebildet. Als Halbleitersubstrat 31 wird ein n&supmin; Siliciumsubstat vom ebenen Azimuth (100) verwendet. Die Störstellenkonzentration des Halbleitersubstrats 31 ist ungefähr 10¹&sup4; cm&supmin;³ und die Tiefe der p Wanne 32 ist ungefähr 5 Mikrometer (um). Die Störstellenkonzentration der p Wanne 32 ist ungefähr 10¹&sup5; cm&supmin;³. Die p Wannen 32 sind vorgesehen, um die Überlaufladung in die photoelektrischen Wandlerteilen auszubringen. Das heißt, in den photoelektrischen Wandlerteilen, die auf dem Halbleitersubstrat 31 gebildet sind, werden elektrische Ladungen durch das von außerhalb eintretende Licht gebildet und vorübergehend darin gespeichert. Wenn die elektrische Ladungsmenge größer als die Ladung wird, die in den photoelektrischen Wandlerteilen angesammelt werden kann, fließt der Überschuß anteil aus den photoelektrischen Wandlerteilen in einen anderen Bereich. Wenn eine solche Ladung in den vertikalen CCD Registerteil gelangt, kann sie eine Überstrahlung hervorrufen. Das Auftreten einer solchen Überstrahlung kann verhindert werden, wenn p Wannen 32 gebildet werden. Die p Wannen 32 werden auf null Volt festgelegt. Entsprechend wird bei der Potentialverteilung, die in diesen Bereichen gebildet ist, die in den photoelektrischen Wandlerteilen erzeugte Ladung zu dem Halbleitersubstrat 31 durch die p Wannen 32 abgeführt. Wenn die Störstellenkonzentration der p Wannen 32 auf den oben angegebenen Wert eingestellt wird, können die Photodioden ohne weiteres in der Betriebszeit der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung geleert werden, und die Menge der photoelektrischen Wandlersignalladung in den photoelektrischen Wandlerteilen kann erhöht werden. Die Tiefe der p Wannen 32 wird durch die Tiefe der photoelektrischen Wandlerteile und die dielektrische Durchbruchsspannung zwischen den beiden bestimmt. Die Tiefe der photoelektrischen Wandlerteile muß ungefähr 2 um sein, um einen ausreichenden, photoelektrischen Wandlerwirkungsgrad zum Zeitpunkt des Lichteinfalls im sichtbaren Lichtbereich zu erhalten.
In den p Wannen 32 werden n&supmin; Diffusionsschichtbereiche 33 als photoelektrische Wandlerteile gebildet. Wenn Licht in die n&supmin; Diffusionsschichtbereiche 33 eintritt, werden Paare aus Elektron und Loch in der Verarmungsschicht des n&supmin; Diffusionsschichtbereichs 33 erzeugt. Das Elektron wird eine Signalladung durch den benachbarten, vertikalen CCD Registerteil hindurch. Das Loch wird aus dem Halbleitersubstrat 31 durch die p Wannen 32 hindurch herausgebracht. Auf diese Weise wandeln die photoelektrischen Wandlerteile das einfallende Licht in eine Signalladung um. In den p Wannen 32 werden p Diffusionsschichtbereiche 35 gebildet. Die p Diffusionsschichtbereiche 35 wirken so, daß eine Diffusion der elektrischen Ladung, die zu Rauschen werden kann, aus den Signalen verhindert wird, die in dem Halbleitersubstrat 31 aus der Diffusion in den vertikalen CCD Registerteil erzeugt werden. Die Diffusionstiefe des p Diffusionsschichtbereichs 35 ist ungefähr 1 Mikrometer (um). Die Störstellenkonzentration des p Diffusionsschichtbereichs 35 ist 10¹&sup6; cm&supmin;³.
Die Diffusionsschichtbereiche 35 werden verwendet, die n Diffusionsschichtbereiche 34 einzuschließen, die die CCD Registerteile werden. Im allgemeinen ist ein solcher Aufbau als Hi-C Struktur bekannt. Wenn die Diffusionstiefe des p Diffusionsschichtbereichs 35 durch eine Wärmebehandlung tiefergesetzt wird, wird gleichzeitig eine Diffusion in der Querrichtung gefördert. Entsprechend schreiten die p Diffusionsschichtbereiche 35 zu den n&supmin; Diffusionsschichtbereichen 33 in den photoelektrischen Wandlerteilen nach oben. Wenn die n&supmin; Diffusionsschichtbereiche 33 in die photoelektrischen Wandlerteile gelangen, wird der Ausgang der photoelektrischen Wandlerteile verringert.
Die vertikalen CCD Registerteile sind aus Diffusionsschichtbereichen 34 vom n Typ zusammengesetzt. Die vertikalen CCD Registerteile sind die Übertragungsteile, um die in den photoelektrischen Wandlerteilen gebildete Signalladung in einem bestimmten Bereich zu übertragen.
Die Diffusionstiefe des n Typ Diffusionsschichtbereichs 34 ist ungefähr 0,5 Mikrometer (um). Die Störstellenkonzentration in den n Typ Diffusionsschichtbereichen 34 ist 10¹&sup6; bis 10¹&sup7; cm&supmin;³.
In dem Schema sind die beiden Enden des p Diffusionsschichtbereichs und des n Diffusionsschichtbereichs 34 aneinander angepaßt, wobei es aber, um die Hi-C Struktur herzustellen, notwendig ist, die Weite des p Diffusionsschichtbereichs 35 auszudehnen. Wenn die Signalladung, die in den photoelektrischen Wandlerteilen erzeugt wird, von den photoelektrischen Wandlerteilen zu den vertikalen CCD Registerteilen übertragen wird, wird das Potential der vertikalen CCD Registerteile niedriger als das Potential der photoelektrischen Wandlerteile eingestellt. Wenn z. B. die zu den vertikalen CCD Registerteilen übertragene Signalladung zurück zu den photoelektrischen Wandlerteilen fließt, oder die Signalladung in den vertikalen CCD Registerteilen vorhanden ist, ist es notwendig, zu verhindern, daß die in den photoelektrischen Wandlerteilen gebildete Signalladung in die vertikalen CCD Registerteile fließt. Aus diesem Grund sind p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 zur Steuerung der Übertragungspotenitalhöhe zwischen den photoelektrischen Wandlerteilen und den vertikalen CCD Registerteilen gebildet. Wenn die Signalladung von den photoelektrischen Wandlerteilen zu den vertikalen CCD Registerteilen übertragen wird, wird dies so gesteuert, daß die Potentialhöhe in dem p&spplus; Diffusionsschichtbereichen 36 niedriger als die Potentialhöhe in den photoelektrischen Wandlerteilen und ebenso wie oder etwas höher als die Potentialhöhe in den vertikalen CCD Registerteilen eingestellt wird. Wenn die Signalladungen in den vertikalen CCD Registerteilen angehäuft werden, wird so gesteuert, daß das Potential in den p&spplus; Diffusionsschichtbereichen 36 höher als das Potential in den photoelektrischen Wandlerteilen und auch höher als das Potential in den vertikalen CCD Registerteilen eingestellt wird, so daß die Signalladungen nicht in die photoelektrische Wandlerteile zurückfließen können.
Hier ist die Tiefe der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 ungefähr 1 Mikrometer (um). Die Oberflächenkonzentration der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 auf der Siliciumsubstratfläche ist 10¹&sup6; bis 10¹&sup7; cm&supmin;³.
Wenn die Betriebsspannung der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung null Volt oder 15 V ist, ist es notwendig, zu verhindern, daß die Signalladung von den vertikalen CCD Registerteilen zu den photoelektrischen Wandlerteilen zurückfließt, oder zu ermöglichen, daß die Ladung in die vertikalen CCD Registerteile von den photoelektrischen Wandlerteilen fließt. Entsprechend werden die Tiefe und die Störstellenkonzentration der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 so bestimmt, daß sie an die Schwellenspannung angepaßt sind, damit eine optimale Potentialverteilung in jedem Zustand erreicht wird. Die Weite der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 sollte ungefähr 1 Mikrometer (um) oder weniger sein. Wenn die Weite der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 größer als 1 Mikrometer (um) ist, wird die gm Kennlinie des Transistors verschlechtert. Wenn die gm Kennlinie verschlechtert wird, ist es unmöglich, die in den photoelektrischen Wandlerteilen angehäuften Signalladungen vollständig zu übertragen. Im Gegenteil findet, wenn die Weite der p&spplus; Diffusionsschichtbereiche 36 kleiner als ungefähr 1 Mikrometer (um) ist, ein Kanalkurzschluß statt. Durch die Kanalkurzschlußwirkung tritt wahrscheinlich ein Durchbruch auf, der einen kleineren Ausgangswert der photoelektrischen Wandlerteile ergibt.
In der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung bilden photoelektrische Wandlerteile und vertikale CCD Registerteile Paare, die in einer Matrix gebildet sind. Um ein Paar und ein benachbartes Paar elektrisch zu trennen, sind p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 gebildet. Die p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 sind durch Ionenimplantation gebildet.
Hier ist die Tiefe der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 ungefähr 1 Mikrometer (um). Die Oberflächenkonzentration der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 ist 10¹&sup7; bis 10¹&sup8; cm&supmin;³.
Die Oberflächenkonzentration des p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereichs 37 muß in dem spezifizierten Bereich festgelegt sein, damit die auf den benachbarten photoelektrischen Wandlerteilen angesammelte Signalladung nicht hereinfließen kann. Wenn die Oberflächenkonzentration kleiner als 10¹&sup7; cm&supmin;³ ist, kann die Signalladung in den benachbarten photoelektrischen Wandlerteilen hereinfließen. Wenn nun die Oberflächenkonzentration größer als 10¹&sup8; cm&supmin;³ ist, findet in den benachbarten n Typ Diffusionsschichtbereichen 4 eine Kanalverengungswirkung statt. Als Ergebnis der Kanalverengungswirkung wird die Kapazität der Übertragungsbereiche der vertikalen CCD Registerteile verringert. Daher wird der dynamische Bereich der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung klein und der Übertragungswirkungsgrad wird verschlechtert.
Die Weite der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 sollte vorzugsweise 1 Mikrometer (um) oder weniger sein. Wenn die Weite der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 größer als 1 Mikrometer (um) ist, nehmen die Übertragungsbereiche ab. Es ist daher unmöglich, die Signalladungen vollständig zu übertragen, die sich in den photoelektrischen Wandlerteilen angesammelt haben. Im Gegensatz dazu tritt, wenn die Weite der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereiche 37 kleiner als 1 Mikrometer (um) ist, eine Kanalkurzschlußwirkung auf. Durch die Kanalkurzschlußwirkung ist wahrscheinlich, daß ein Durchbruch zwischen benachbarten photoelektrischen Wandlerteilen und den vertikalen CCD Registerteilen auftritt. Als Ergebnis wird die Information der benachbarten photoelektrischen Wandlerteile übertragen und die Auflösung wird verringert. Des weiteren wird der Ausgang der photoelektrischen Wandlerteile verringert.
Auf dem Halbleitersubstrat 31 wird ein Gateoxidfilm 38 aufgewachsen. Der Gateoxidfilm 38 wird durch pyrogenetische Oxidation gebildet. Die Filmdicke des Gateoxidfilms 38 ist ungefähr 50 nm oder weniger. Um den Übertragungswirkungsgrad zu erhöhen, soll die Filmdicke des Gateoxidfilms 38 auf 50 nm oder mehr eingestellt werden. Die Polysiliciumelektroden 39 werden durch ein CVD Verfahren bei niedrigem Druck gebildet. Die Filmdicke der Polysiliciumelektroden 39 ist ungefähr 500 nm. Die Polysiliciumelektroden 39 werden als die Elektroden verwendet Hochfrequenzimpulse zur Übertragung der Si gnalladungen die in den photoelektrischen Wandlerteilen gebildet werden, an die vertikalen CCD Registerteile anzulegen. Somit ist es erwünscht, daß die Polysiliciumelektroden 39 einen so niedrigen Widerstand wie möglich haben. Auf der Oberfläche der Polysiliciumelektroden 39 wird ein Polysiliciumoxidfilm 40a aufgewachsen, der durch ein thermisches Oxidationsverfahren erhalten wird.
Der Polysiliciumoxidfilm 40a wird durch ein pyrogenetisches Oxidationsverfahren gebildet. Die Filmdicke des Polysiliciumoxidfilms ist ungefähr 200 nm. Der Polysiliciumoxidfilm 40a wird gebildet, um die dielektrische Durchbruchsspannung des Zwischenschichtfilms zu gewährleisten. Um die dielektrische Durchbruchsspannung zuverlässig zu gewährleisten, wird ein dielektrischer Film 40b auf dem Polysiliciumoxidfilm 40a gebildet. Übrigens tritt durch den Rest des Polysiliciumfilms, der durch Ätzen zum Zeitpunkt der Bildung der Polysiliciumelektrode 39 gebildet wird, ein Leck durch den Ätzrest des Polysiliciumfilms auf, wenn eine Ansteuerspannung angelegt wird. Der Polysiliciumoxidfilm 40a und der dielektrische Film 40b werden gebildet, ein solches Leck zu verhindern.
Auf der Oberfläche des dielektrischen Films 40b wird ein dielektrischer Zwischenschichtfilm 41 durch ein CVD Verfahren gebildet. Die Filmdicke des dielektrischen Zwischenschichtfilms 41 ist ungefähr 100 nm. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 41 ist für die elektrische Isolierung des hochschmelzenden Metalls 46, das als Verdrahtungsmaterial verwendet wird, und der Polysiliciumelektroden 39 zusammen mit dem Polysiliciumoxidfilm 40a und dem dielektrischen Film 40b verantwortlich. Die angelegten Hochfrequenzimpulse haben -7 V, 0 V und +15 V, und die dielektrische Durchbruchspannung ist größer als eine maximale Spannungsdifferenz von 22 V. Doch sollte, da der dielektrische Zwischenschichtfilm 41 einen Ätzrest der Polysiliciumfilme 45 und des hochschmelzenden Metalls 46 verhindern sollte, indem die Stufenüberdeckung in dem Stufenbereich verbessert wird, das CVD Verfahren bei niedrigem Druck vorzugsweise statt des atmosphärischen CVD Verfahrens angewendet werden.
Die Kontaktfenster 44 werden in bestimmten Bereichen auf der Polysiliciumelektrode der ersten Schicht und der Polysiliciumelektrode der zweiten Schicht gebildet, um eine Vierphasenansteuerung der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung zu schaffen. Die Öffnung der Kontaktfenster 44 ist ungefähr 1,5 Mikrometer (um) · 1,5 Mikrometer (um) vergli chen mit ungefähr 3 Mikrometer (um) · 3 Mikrometer (um) der Polysiliciumelektroden des Basismaterials, so daß ein ausreichender Konstruktionsspielraum und eine günstige ,Kontaktcharakteristik gleichzeitig erfüllt werden.
Nach der Bildung der Kontaktfenster 44 wird ein phosphordotierter Polysilicium 45 auf der gesamten Fläche des dielektrischen Zwischenschichtfilms 41 mit einer Dicke von ungefähr 100 nm aufgewachsen. Zu diesem Zeitpunkt muß man vorsichtig sein, damit kein nativer Oxidfilm auf der Grenzschicht zu der Basis-Polysiliciumelektrode 39 gebildet wird. Die Temperatur während des Aufwachsen des Polysiliciums und der Phosphordotierung ist niedrig, 900ºC oder weniger, und das Störstellenprofil in dem Halbleitersubstrat 31 wird kaum geändert.
Das hochschmelzende Metall 46 wird aufgewachsen. Bei der Erfindung wurde ein Wolframsilicidfilm verwendet, den man durch das CVD Verfahren aufwachsen ließ. Die Filmdicke des Wolframsilicidfilms ist ungefähr 200 nm.
Bei der optischen Übertragungseigenschaft des Wolframsilicidfilms ist es wesentlich, die Dicke des Wolframsilicidfilms zu erhöhen, um das Unschärferauschen zu senken (die Lichtabschirmungseigenschaft des Wolframsilicidfilms zu verbessern), wobei aber in Anbetracht der Verarbeitung des Wolframsilicidfilms 47 in einem späteren Vorgang die Filmdicke auf 200 nm eingestellt wurde. Bei der Filmdicke von 200 nm ist der Durchlaßgrad 0,01%. Aufgrund der Eigenschaft, daß die Stufenüberdeckung des Wolframsilicidfilms, der durch das CVD Verfahren gebildet ist, ausgezeichnet ist, setzt sich der Wolframsilicidfilm an der Seitenwand des Kontaktfensters 44 mit einer gleichförmigen Filmdicke ab, mit der gleichen wie der des obenerwähnten Polysiliciumfilms. Insbesondere wird die Filmdicke in dem Stufenabschnitt nicht verringert, sondern es zeigt sich eine hohe Lichtabschirmungsleistung ebenso wie in dem Fall eines flachen Films. Als Ergebnis wird ein Durchlaßgrad von 0,01% bei 200 nm in dem Stufenabschnitt des Kontakts beibehalten. Die untere Schicht des Verdrahtungsmaterials, die als Lichtabschirmungsfilm verwendet wird, weist einen phosphordotierten Polysiliciumfilm 45 in der unteren Schicht auf, wobei eine Änderung der Arbeitsfunktion der Gateelektroden aufgrund einer Aluminiumdiffusion nicht auftritt, die sich gezeigt hatte, wenn das Verdrahtungsmaterial als Überzug mit einem Aluminiumfilm 42 angewendet wurde. In der Festkörperbildauf nahmeeinrichtung wird, wenn die Arbeitsfunktion der aus Polysilicium hergestellten Gateelektrode geändert wird, die Potentialtiefe des Signalladungsübertragungswegs, der in ,dem unteren Teil gebildet ist, geändert, was zu fatalen Bildverzerrungen führen kann, wie Verringerung des Übertragungswirkungsgrads und eines festen Rauschmuster.
Die Verdrahtungsmaterialien, die aus dem Polysiliciumfilm 45 und den Wolframsilicidfilm zusammengesetzt sind, werden gleichzeitig durch Ätzen entfernt. Die Verdrahtungsweite ist ungefähr 4,0 Mikrometer (um), und die Polysiliciumelektroden 39 sind vollständig gegenüber Licht durch Abdeckung der Polysiliciumelektroden 39 abgeschirmt. Die Verdrahtungen bilden einen Kontakt mit den Aluminiumverdrahtungen in den Pixelbereichen, d. h., in den Umfangsteilen der photoelektrischen Wandlerteile, so daß Ansteuerimpulse an den Wolframsilicidfilm 46 und den Polysiliciumfilm 45 angelegt werden können. Der spezifische Widerstand des Wolframsilicidfilms ist 1110 des oder kleiner als der des phosphordotierten Polysiliciums.
Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls der Schichtwiderstand des Wolframsilicidfilms von ungefähr 200 nm ungefähr 5 Ω/ von dem bekannt ist, daß er 1/5 des Schichtwiderstands (ungefähr 25 Ω/ ) der Polysiliciumelektrode 39 von ungefähr 400 nm ist. Wenn der Schichtwiderstand der Polysiliciumelektrode 39 hoch ist, wird kein ausreichend hochfrequenter Impuls an die Polysiliciumelektroden 39 angelegt, die eine Ansteuerelektrode ist, was eine Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrads ergibt. Insbesondere ist bei der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung zur Übertragung von Hochfrequenzimpulsen (570 kHz) mittels eines Bildzeilenübertragungsverfahrens oder Ähnlichem eine Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrads von Bedeutung.
Versuchsdaten sind in Fig. 3 gezeigt. Die Ordinatenachse bezeichnet den Ausgang, der das Verhältnis der Spannung des Impulses in der Mitte der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung ist, zu der Spannung der Ansteuerimpulse, die an beiden Enden des Übertragungsgates der vertikalen CCD Registerteile angelegt werden. Die Abszissenachse stellt die Impulsfrequenz dar. Die unterbrochene Linie in dem Schema zeigt die Verbindung des Aluminiumfilms als Lichtabschirmfilm zu der Polysiliciumelektrode bei der herkömmlichen Festkörperbildaufnahmeeinrichtung. Die durchgezogene Linie gibt an, daß der Aluminiumfilm nach der Bildung des Polysiliciumfilms und des hochschmelzenden Metalls auf den Polysiliciumelektroden gebildet wird, wie es bei dieser Ausführungsform erklärt ist. Bei der herkömmlichen Festkörperbildaufnahmeeinrichtung ist die Spannung um 0,7 MHz herum in der Mitte der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung klein und der Impuls ist verformt. Bei der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung der Ausführungsform ist es bekannt, daß die Impulsspannung selbst um 1,5 MHz herum nicht verringert ist, was mehr als das Doppelte der herkömmlichen Frequenz ist.
Der dielektrische Zwischenschichtfilm 41 ist in der gleichen Weise wie beim Stand der Technik gebildet, und der Aluminiumfilm 42 ist als Muster ausgebildet und in den Pixelteilen als Lichtabschirmungsfilm und in den Umfangsteilen als Verdrahtungsmaterial übriggelassen. Die Rauhigkeiten des Kontaktfensters 44 zwischen dem Wolframsilicidfilm und der Polysiliciumelektrode 45 sind durch den dielektrischen Zwischenschichtfilm 41 abgeflacht, der Polysiliciumfilm 45 umfaßt als Film in dem Kontaktfenster 44 vergrabenes Silicium und den Wolframsilicidfilm 46. Daher wird der Aluminiumfilm 42 auf einer nahezu flachen Basisfläche gebildet.
Bei der Erfindung ist insbesondere, weil der Polysiliciumfilm 45 und der Wolframsilicidfilm durch das CVD Verfahren aufgewachsen werden, die Stufenüberdeckung in den Kontaktfenstern 44 besser, und, wenn die Kontaktgröße auf ungefähr 1 Mikrometer (um) · 1 Mikrometer (um) bspw. reduziert ist, sind die Kontaktfenster 44 vollständig vergraben und es kann eine nahezu vollkommene flache Schicht erhalten werden.
Wenn die Kontaktfenster 44 in dem Wolframsilicidfilm vergraben sind, kann der dielektrische Zwischenschichtfilm 41, der zum Abflachen verwendet wird, in der Filmdicke verringert werden. Der herkömmliche Abflachungsvorgang verlangte eine Filmdicke von ungefähr 400 nm, wobei es aber ausreichend ist ihn auf ungefähr 200 nm aufzuwachsen, die eine Filmdicke zur Gewährleistung elektrischer Durchbruchsfestigkeit (22 V) ist. Den dielektrischen Zwischenschichtfilm 41 dünner zu machen, verkürzt den Abstand zwischen dem Aluminiumfilm 42 als Lichtabschirmungsfilm und dem Wolframsilicidfilm, so daß es deshalb möglich ist, das in den Wolframsilicidfilm unter einer schrägen Richtung eintretende Licht zu verringern, so daß das Unschärferauschen abnimmt. Des weiteren werden, da der Aluminiumfilm 42 auf einer flachen Basisfläche aufgewachsen wird, keine Risse in dem Stufenbereich gebildet. Der Aluminiumfilm 42 zeigt die allge meine Eigenschaft einer großen Lichtabschirmungsqualität und läßt überhaupt kein Licht hindurch. Das heißt, das Unschärferauschen kann merklich verringert werden, indem eine zweischichtige Lichtabschirmungsstruktur aus Wolframsilicidfilm und Aluminiumfilm 42 verwendet wird.
Entsprechend der Ausführungsform werden, wie es hier beschrieben ist, nachdem die Kontaktfenster 44 in den erwünschten Bereichen der Polysiliciumfilme 44a gebildet und die dielektrischen Filme 40b durch das CVD Verfahren oder Ähnliches aufgewachsen worden sind, diese dazu gebracht, die Polysiliciumelektroden 39 der Ansteuerelektroden mit Verdrahtungsmaterial in zwei oder mehreren aus Siliciumfilmen aufgebauten Schichten in Kontakt zu gelangen, bspw. Polysiliciumfilm und hochschmelzendes Metall oder feuerfestes Metallsilicid. Infolgedessen werden die Polysiliciumelektroden 39 mit hochschmelzenden Metall mit geringem elektrischen Widerstand überzogen. Indem die Polysiliciumelektroden 39 der Ansteuerelektroden vollständig mit zwei oder mehreren Schichten Verdrahtungsmaterial mit geringem optischen Durchlaßgrad überdeckt werden, wird der Lichteinfall in die vertikalen CCD Registereile unterdrückt.
Bei dieser Ausbildung kann des weiteren, da die Polysiliciumelektroden 39 der Ansteuerelektroden mit zwei oder mehreren Schichten aus Verdrahtungsmaterial geringen Widerstands überzogen werden, die z. B. aus Polysiliciumfilm 45 und hochschmelzendem Metall 46 oder feuerfestem Metallsilicidfilm gebildet sind, der Widerstand der Polysiliciumelektroden 39 unberücksichtigt bleiben, und die Festkörperbildaufnahmeeinrichtung kann bei hoher Geschwindigkeit arbeiten.
Des weiteren ist, da das Verdrahtungsmaterial mit zwei oder mehreren Schichten zum Überziehen Polysiliciumfilme 45 in der unteren Schicht ist, das Material das gleiche wie die Polysiliciumelektroden 39 der Basis. Deshalb diffundiert nach dem Überziehen mit dem Aluminiumfilm 42 das Aluminium nicht, und die Arbeitsfunktion der Polysiliciumelektroden 39 wird nicht geändert. Daher werden die Potentialtiefe der vertikalen CCD Registerteile und der Signalladungsübertragungswege unterhalb der Speicherungsteile nicht verändert und bleiben die gleichen. Dies bedeutet, daß der Übertragungswirkungsgrad der Signalladung insbesondere bei geringer Beleuchtung verbessert werden kann. Übrigens können durch die große Lichtabschirmungsleistung des hochschmel zenden Metalls 46 und des feuerfesten Metallsilicidfilms und die günstige Stufenüberdeckung in den überzogenen Kontaktfenstern 44 lokale Orte, die für Lichteinfall gefährdet sind, ausgeschlossen werden, und das Unschärferauschen wird verringert. Als Ergebnis einer solchen Verbesserung der Eigenschaften schafft die Erfindung eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung mit hohem Übertragungswirkungsgrad und geringem Unschärferauschen.
Wenn diese Struktur bei 750 kHz verwendet wird, die die Ansteuerfrequenz der vertikalen CCD Registerteile der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung des Bildzeilenübertragungssystems ist, wird der Übertragungswirkungsgrad bei schwacher Beleuchtung von herkömmlichen 85% auf 95% und das Unschärferauschen von 0,1% auf 0,01% verbessert.
Bei der Erfindung wird Wolframsilicidfilm als hochschmelzendes Metall 46 verwendet, wobei aber die Unschärferauscheigenschaft weiter verbessert werden kann, indem bspw. ein Molybdänsilicidfilm oder ein Wolframfilm mit höherer Lichtabschirmungsqualität verwendet wird.
Ebenso wird bei der Erfindung ein dielektrischer Film aus einer Oxidfilmverbindung in der unteren Schicht des Verdrahtungsmaterials verwendet, das aus dem hochschmelzenden Metall 46 gebildet ist, wobei aber das Unschärferauschen auch verringert werden kann, wenn die Filmdicke unter Verwendung von z. B. einem Siliciumnitridfilm mit hoher Isolierleistung verringert wird.
Strukturelf können die gleichen Wirkungen nicht nur in der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung mit einem Bildzeilenübertragungssystem sondern auch in dem Zeilenübertragungssystem erhalten werden. Der Grund hierfür ist, daß das Bildzeilen-CCD-System eine Struktur aufweist, die geschaffen wird, indem Speicherungsteile neu zu dem Zeilen- CCD-System hinzugefügt werden. Das heißt, es ist aus der Bildaufnahmeeinheit (einer Kombination aus den photoelektrischen Wandlerteilen und den vertikalen CCD Registerteilen), den Speicherteilen und den horizontalen CCD Registerteilen aufgebaut. Somit können in dem Bildzeilenübertragungssystem, obgleich die Ausgestaltung der Elemente etwas von dem Zeilenübertragungssystem verschieden ist, natürlich die gleichen Wirkungen erhalten werden, indem die vertikalen CCD Registerteile entsprechend der Ausführungsfarm ausgebildet werden.
Das Herstellungsverfahren der Erfindung ist unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 10 beschrieben.
Anfangs wird ebenso wie in dem Fall der herkömmlichen Festkörperbildaufnahmeeinrichtung ein thermischer Oxidfilm 52 von ungefähr 100 nm auf der Hauptfläche eines n Halbleitersubstrats 51 gebildet. Borionen werden auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 51 durch den thermischen Oxidfilm 52 hindurch implantiert. Danach wird eine p Wanne 53 durch Wärmebehandlung gebildet. Diese Wärmebehandlung wird während mehrerer Stunden bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1100ºC oder höher in Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Durch diese Wärmebehandlung werden implantierte Borionen aktiviert (Fig. 4).
Danach wird ein Photoresist auf dem Halbleitersubstrat 51 abgesetzt (nicht gezeigt). Als nächstes wird ein n&supmin; Diffusionsschichtbereich 54 zur Bildung photoelektrischer Wandlerteile belichtet und entwickelt, und ein Resistmuster wird gebildet. Unter Verwendung des Resistmusters als Maske werden Phosphorionen implantiert. Die Ionenimplantationsbediungung umfaßt zu diesem Zeitpunkt die Beschleunigungsspannung von hunderten keV, und die Ionendosis ist ungefähr 10¹² cm&supmin;². Zu diesem Zeitpunkt wird eine Wärmebehandlung in Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Als Ergebnis ist die Tiefe des n&supmin; Diffusionsschichtbereichs 54 ungefähr 2 Mikrometer (um). Auf diese Weise wird der n&supmin; Diffusionsschichtbereich 54 als photoelektrische Wandlerteile in einem bestimmten Bereich der p Wanne 53 gebildet. Beim nächsten Schritt wird das Resistmuster auf dem Halbleitersubstrat 51 entfernt, und der Photoresist wird erneut auf dem Halbleitersubstrat 51 abgeschieden (nicht gezeigt). Indem der p Diffusionsschichtbereich 55 belichtet und entwickelt wird, wird ein Resistmuster gebildet. Unter Verwendung dieses Resistmusters als Maske werden Borionen implantiert.
Hier umfaßt die Ionenimplantationsbedingung eine Beschleunigungsspannung von ungefähr 100 keV und eine Ionendosis von ungefähr 10¹² cm&supmin;². Als Ergebnis ist die endgültige Diffusionstiefe des p Diffusionsschichtbereichs 55 ungefähr 1 Mikrometer (um).
Somit wird in der p Wanne 53 der p Diffusionsschichtbereich 55 gebildet, um Rauschladungen daran zu hindern, in die vertikalen CCD Registerteile zu diffundieren, wenn in dem Halbleitersubstrat 51 Rauschen erzeugt wird.
Des weiteren werden unter Verwendung des Resistmusters als Maske Phosphorionen implantiert. Hier umfaßt die Ionenimplantationsbedingung eine Beschleunigungsspannung von ungefähr 100 keV, und die Ionendosis ist 10¹² cm&supmin;². Infolgedessen ist die Diffusionstiefe des n Diffusionsschichtbereichs 56 ungefähr 0,5 Mikrometer (um). Auf diese Weise wird der n Diffusionsschichtbereich 56 als vertikaler CCD Registerteil gebildet (Fig. 5).
Als nächstes wird das Resistmuster auf dem Halbleitersubstrat 51 entfernt, und Photoresist wird erneut auf dem Halbleitersubstrat 51 abgeschieden (nicht gezeigt). Indem der p&spplus; Diffusionsschichtbereich 57 belichtet und entwickelt wird, wird ein Resistmuster gebildet. Unter Verwendung dieses Resistmusters als Maske werden Borionen implantiert.
Hier umfaßt die Ionenimplantationsbedingung eine Beschleunigungspannung von einigen hundert keV und eine Ionendosis von 10¹² cm&supmin;². Als Ergebnis ist die Tiefe des p&spplus; Diffusionsschichtbereichs 57 ungefähr 1 Mikrometer (um). Indem bei solchen Bedingungen implantiert wird, kann die Schwellenspannung zwischen den photoelektrischen Wandlerteilen und den vertikalen CCD Registerteilen gesteuert werden. Wenn die derart in den photoelektrischen Wandlerteilen erzeugte Signalladung aus den photoelektrischen Wandlerteilen zu den vertikalen CCD Registerteilen ausgelesen wird, wird der p&spplus; Diffusionsschichtbereich 57 zur Steuerung des Übertragungspotentials zwischen den photoelektrischen Wandlerteilen und den vertikalen CCD Registerteilen gebildet.
Dann wird das Resistmuster auf dem Halbleitersubstrat 51 entfernt, und Photoresist wird erneut auf dem Halbleitersubstrat 51 (nicht gezeigt) abgeschieden. Indem der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereich 58 belichtet und entwickelt wird, wird ein Resistmuster gebildet. Borionen werden in dieses Resistmuster implantiert.
Hier umfaßt die Ionenimplantationsbedingung eine Beschleunigungsspannung von ungefähr hunderten keV und eine Ionendosis von 10¹³ cm&supmin;². Als Ergebnis ist die Tiefe des p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereichs 58 ungefähr 1 Mikrometer (um).
Da der p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereich 58 von benachbarten Elementen trennt und die Schwellenspannung erhöht wird, erfolgt keine Leitung bei der zur Betriebszeit angelegten Spannung. Zu diesem Zweck wird die Störstellenkonzentration des p&spplus;&spplus; Diffusionsschichtbereichs 58 relativ hoch eingestellt. Insbesondere sollte sie höher als die Störstellenkonzentration des p&spplus; Diffusionsschichtbereichs 57 sein (Fig. 6).
Als nächstes wird ein Gateoxidfilm 59 mit einer Dicke von 50 nm durch ein pyrogenetisches Oxidationsverfahren aufgewachsen.
Ein Polysiliciumfilm wird bis zu ungefähr 500 nm durch ein CVD Verfahren bei niedrigem Druck aufgewachsen, und der Schichtwiderstand wird auf ungefähr 20 Ω durch Phosphordotierung eingestellt. Somit wird eine Polysiliciumelektrode 60 gebildet, die die gleiche Struktur wie beim Stand der Technik hat. Später wird ein Polysiliciumoxidfilm 61 auf ungefähr 200 nm durch thermische Oxidation aufgewachsen. Um einen dielektrischen Durchbruch aufgrund von Nadellöchern in dem Polysiliciumoxidfilm 61 zu verhindern, wird ein dielektrischer Film 62 aus einem Siliciumoxidfilm mit ungefähr 100 nm durch ein CVD Verfahren bei niederem Druck abgeschieden. Der Polysiliciumoxidfilm 61 hat eine Filmdicke von 200 nm, um ein Leck zwischen dem Festkörper zu verhindern. Als dielektrischer Film 62 aus einem Siliciumoxidfilm wurde ein Siliciumoxidfilm unter Verwendung von TEOS Gas hier abgeschieden. Bei der Filmdicke von 100 nm des dielektrischen Films 62 kann die Durchbruchsspannung auf 30 V oder höher verbessert werden.
Es ist übrigens notwendig, die Stufenüberdeckung in dem Stufenbereich als eine Maßnahme zur Dauerhaftigkeit zu verbessern, wobei das Aufwachsverfahren des dielektrischen Films üblicherweise das CVD Verfahren bei niederem Druck statt das CVD Verfahren bei Atmosphärendruck ist. Durch Anpassung der Maske und des Ätzverfahrens werden die Kontaktfenster 63 gebildet.
Die Kontaktfenster werden in den erwünschten Bereichen auf der Polysiliciumelektrode der erste Schicht und der Polysiliciumelektrode der zweiten Schicht gebildet, um einen Vierphasen-Ansteuerbetrieb der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung herzustellen.
Nach der Bildung der Kontaktfenster 62 wird der phosphordotierte Polysiliciumfilm 64 auf ungefähr 100 nm aufgewachsen. Hier sollte große Sorgfalt verlangt werden, so daß kein nativer Oxidfilm an der Grenzschicht mit dem darunterliegenden Polysiliciumfilm 60 zurückbleibt. Die Filmdicke des Polysiliciumfilms 64 ist 100 nm, weil der Polysiliciumfilm 64, wenn er dünner als dieser Wert ist, durch die Spannung des Wolframsilicidfilms 65 abgezogen werden kann, der in einem späteren Vorgang abgeschieden wird.
Die Temperatur zum Zeitpunkt dieses Polysiliciumwachsens und der Phosphordotierung ist niedrig, 900ºC oder weniger, und das Störstellenprofil in der Diffusionsschicht in dem Siliciumsubstrat wird kaum geändert. Wenn das Störstellenprofil durch Wärme diffundiert und sich ändert, kann es zu einer Verringerung der Übertragungseigenschaft oder des Sättigungsausgangswerts der Festkörperbildaufnahmeeinrichtung führen.
Infolgedessen wird durch das CVD Verfahren bspw. ein Wolframsilicidfilm 65 auf ungefähr 200 nm aufgewachsen. Genauer gesagt wird er durch eine Reduktionsreaktion von Wolframhexafluorgas und Wasserstoffgas erhalten (Fig. 8).
Bei dem CVD Verfahren gelangt aufgrund der Eigenschaft der ausgezeichneten Stufenüberdeckung der Wolframsilicidfilm 65 gleichförmig in die Seitenwand des Kontaktfensters 63 ebenso wie der Polysiliciumfilm 64. Die Filmdicke wird in dem Stufenabschnitt nicht besonders verringert, und es zeigt sich eine hohe Lichtabschirmungsleistung wie bei einem flachen Film.
Infolgedessen werden Verdrahtungsmaterialien, die aus Polysiliciumfilm 64 und Wolframsilicidfilm 65 gebildet sind, gleichzeitig unter Verwendung eines Fluorätzgases geätzt und entfernt und werden zu den erwünschten Verdrahtungsmustern bearbeitet (Fig. 9).
Ein dielektrischer Zwischenschichtfilm 66 wird ebenso wie beim Stand der Technik gebildet, und wird unter Verwendung eines Aluminiumfilms 67 als Lichtabschirmungsfilm mit einem Muster versehen und über den oberen Teilen der vertikalen CCD Registerteilen und den Ladungsspeicherteilen übriggelassen. Schließlich wird ein Schutzfilm 68 über der gesamten Oberfläche des Substrats gebildet (Fig. 10).
Bei der Erfindung wird ein Wolframsilicidfilm 65 als hochschmelzendes Metall verwendet, wobei aber die Wirkung von Unschärferauschen durch Verwendung von bspw. einem Molybdänsilicidfilm oder einem Wolframfilm verbessert werden kann, der eine höhere Lichtabschirmungsleistung aufweist.
Wenn eine Molybdänsilicidfilm oder ein Wolframfilm verendet wird, kann der Film genau in der gleichen Weise gebildet werden, wie der Wolframsilicidfilm gebildet wird.
Ebenso wird bei der Erfindung ein dielektrischer Film aus einem Oxidfilm in der unteren Schicht des Verdrahtungsmaterials verwendet, der aus hochschmelzendem Metall hergestellt ist, wobei aber durch Verwendung von z. B. einem Siliciumnitridfilm mit besserer Isolationsleistung das Unschärferauschen durch Verringern der Filmdicke verringert werden kann.
Entsprechend der Erfindung wird, indem ein Kontakt zwischen der Polysiliciumelektrode, die eine Ansteuerelektrode ist, und dem Verdrahtungsmaterial erzielt wird, das aus einem hochschmelzenden Metall gebildet ist, und Übertragungsimpulse an das Verdrahtungsmaterial angelegt werden, der Übertragungswirkungsgrad bei geringer Beleuchtung um mehr als 10% verbessert, und durch die Verwendung des Silicidfilms als Lichtabschirmungsfilm kann das Unschärferauschen auf weniger als 1/10 des herkömmlichen Werts verringert werden, so daß eine Festkörperbildaufnahmeeinrichtung mit hohem Übertragungswirkungsgrad und geringer Unschärferauscheigenschaft hergestellt werden kann.

Claims

1. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung, die umfaßt:

ein Halbleitersubstrat;

eine auf dem Halbleitersubstrat gebildete Matrix, wobei die Matrix eine Mehrzahl Matrixkomponenten aufweist, die in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind;

und jede der Mehrzahl Matrixkomponenten umfaßt:

(a) einen photoelektrischen Wandlerteil (23), der in dem Halbleitersubstrat gebildet ist;

(b) eine erste Gateelektrode (22), die auf dem Halbleitersubstrat gebildet und nahe dem photoelektrischen Wandlerteil angeordnet ist; und

(c) eine zweite Gateelektrode (22), die auf dem Halbleitersubstrat gebildet und nahe dem photoelektrischen Wandlerteil angeordnet ist, so daß sich die erste Gateelektrode und die zweite Gateelektrode überlappen;

die erste Gateelektrode und die zweite Gateelektrode sind des weiteren auf dem Substrat so gebildet, daß die erste Gateelektrode und die zweite Gateelektrode in einer Spalte sind;

eine der Matrixkomponenten ist elektrisch mit einer anderen der Matrixkomponenten derart verbunden, daß die erste Gateelektrode in jeder der elektrisch verbundenen Matrixkomponenten in einer ersten Zeile und elektrisch verbunden sind, und die zweite Gateelektrode in jeder der elektrisch verbunden Matrixkomponenten in einer zweiten Zeile und elektrisch verbunden sind;

zumindest ein Kontaktfenster (27) auf zumindest der ersten Gateelektrode oder zweiten Gateelektrode gebildet ist, und Verdrahtungen in zumindest dem Kontaktfenster gebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungen eine erste Verdrahtungsschicht (45, 46, 47) und eine zweite Verdrahtungsschicht (42) umfassen, die durch einen ersten, dielektrischen Zwischenschichtfilm (41) getrennt sind, der dazwischen gebildet ist, die erste Verdrahtungsschicht Silicium und ein zweites Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem hochschmelzenden Metall und einem feuerfesten Metallsilicid gebildet ist, und die zweite Verdrahtungsschicht einen Aluminiumfilm umfaßt und eine Lichtabschirmungsschicht für die erste Verdrahtungsschicht ist.

2. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei Impulsansteuerschaltungen (24, 25) an gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten Gateelektroden (22) gebildet sind.

3. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Matrixkonfiguration n Zeilen und m Spalten umfaßt, und n und m ganze Zahlen sind;

das Kontaktfenster (27) auf der ersten Gateelektrode oder der zweiten Gateelektrode in der Zeile I und der Spalte k gebildet ist, wobei I und k ganze Zahlen sind; und

wobei I und k erfüllen 0 < 1, I + 4 ≤ n, 0 < k ≤ m, und das nächste Fenster in einer Spalte k auf der ersten Gateelektrode oder der zweiten Gateelektrode der Zeile 1+4 gebildet ist.

4. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Position des Kontaktfensters (27) auf der ersten Gateelektrode oder der zweiten Gateelektrode der Zeile I und der Spalte k und die Position des nächsten Kontaktfensters der Zeile I+1 und der Spalte k+I derart sind, daß I und k erfüllen 0 < 1, I + 1 ≤ n, 0 < k, k+1 ≤ m.

5. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Verdrahtungen die erste Gateelektrode und die zweite Gateelektrode in Bereichen überdecken, die von den photoelektrischen Wandlerteilen einer jeden Zeile verschieden sind.

6. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 1, die des weiteren umfaßt

(a) einen dielektrischen Gatefilm (38), der auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist; und

(b) einen zweiten, dielektrischen Zwischenschichtfilm (40a, 40b), der auf den Gateelektroden gebildet ist; wobei

die erste Verdrahtungsschicht aus ersten Verdrahtungen und zweiten Verdrahtungen gebildet ist, die ersten Verdrahtungen ein Material umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem hochschmelzenden Metall und einem feuerfesten Metallsilicid (46, 47) besteht, wobei die zweiten Verdrahtungen aus Silicium (45) bestehen und auf den Kontaktfenstern und durch den zweiten, dielektrischen Zwischenschichtfilm (40a, 40b) hindurch gebildet sind.

7. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Kontaktfenster durch die erste Verdrahtungsschicht und den ersten, dielektrischen Film (41) abgeflacht sind, und die zweite Verdrahtungsschicht (42) auf den Kontaktfenstern gebildet ist, die zumindest durch den ersten, dielektrischen Zwischenschichtfilm getrennt sind.

8. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Verdrahtungen auf der oberen Schicht eines dielektrischen Films (41) auf anderen Bereichen als den Trennbereichen gebildet sind, die zwischen den photoelektrischen Wandlerteilen und den benachbarten photoelektrischen Wandlerteilen gebildet sind.

9. Festkörperbildaufnahmeeinrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gateelektroden aus einem Polysiliciummaterial gebildet sind.

10. Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbildaufnahmeeinrichtung, das umfaßt

einen Schritt zur Bildung photoelektrischer Wandlerteile (23) und eines vertikalen Schieberegisterteils (34) in einem Halbleitersubstrat (31);

einen Schritt zur Bildung von Gateelektroden (39) auf dem vertikalen Schieberegisterteil;

einen Schritt zur Oxidation der Oberfläche der Gateelektroden, um einen Oxidfilm (40a) zu bilden,

einen Schritt zum Aufwachsen eines dielektrischen Film (40b) auf dem Oxidfilm (40a);

einen Schritt zur Bildung eines Kontaktfensters (44) durch Öffnen eines bestimmten Bereiches des Oxidfilms und des dielektrischen Films;

einen Schritt zur Bildung von zwei oder mehr Schichten an Verdrahtungen (42, 45) in zumindest dem Kontaktfenster, die aus zumindest einem Film (45, 46) gebildet sind, der Silicium und ein hochschmelzendes Metall umfaßt;

einen Schritt zur Bildung von Gateelektroden in elektrischer Verbindung mit den Verdrahtungen; und

einen Schritt zum Abscheiden eines dielektrischen Zwischenschichtfilms (41) auf dem Halbleitersubstrat und dann zum Abscheiden eines Aluminiumfilms (42), und wobei der Film, der Silicium und ein hochschmelzendes Metall (45, 46) umfaßt, von dem Aluminiumfilm (42) durch den dielektrischen Zwischenschichtfilm getrennt ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die Gateelektroden aus Polysiliciummaterial gebildet sind.